JP4147581B2 - 全方向移動車 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工場や医療福祉施設、家庭等において、荷物や人等の搬送用に使用されると共に、車体の方向を変えずに、水平面内の全方向に即座に移動できる、環境適用性の高い全方向移動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工場、医療福祉施設あるいは家庭等において、荷物や人等の搬送用に用いられると共に、車体の方向を変えずに、水平面内の全方向に即座に移動できる全方向移動車は、図５のようになっている（例えば、特許文献１を参照）。
図５は従来例における全方向移動車の動輪機構を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。なお、図５（ａ）では旋回軸駆動モータ１０６の図示を省略している。
図５において、１０１は車体、１０２は旋回軸、１０３は車軸、１０４は車輪、１０５は車輪駆動モータ、１０６は旋回軸駆動モータ、１０８は傘歯車、１０９は傘歯車、１１０はプーリ、１１１はベルト、１１２はプーリである。
車体１０１には走行面に垂直な軸周りに旋回自在な旋回軸１０２が設置されている。旋回軸１０２の軸心から所定距離隔てた位置には、車軸１０３が走行面に対して水平に配置されると共に、旋回軸１０２に設けられた支持部を介して回転自在に支持されている。車軸１０３には、車輪１０４が固定されている。また、車体１０１には車輪１０４を駆動する車輪駆動モータ１０５および旋回軸１０２を駆動する旋回軸駆動モータ１０６が固定されている。
次に、伝達手段の詳細な構成の一例を説明する。
車輪駆動モータ１０５の出力軸は旋回軸１０２を貫通して傘歯車１０８に連結されている。そして、傘歯車１０８に噛み合う傘歯車１０９にはプーリ１１０が固定されると共に、プーリ１１０の動きがベルト１１１を介してプーリ１１２に伝達されることでプーリ１１２に固定された車輪１０４を駆動させる。また、旋回軸駆動モータ１０６の出力軸には歯車１１３が固定され、歯車１１３が旋回軸１０２上の歯車１１４と噛合することで旋回軸１０２を旋回させる。
【０００３】
図６は従来例に基づく全方向移動車の全方向移動の一例を上面から見た図であって、（ａ）は車体が前方方向に進む場合、（ｂ）は横方向に進む場合、（ｃ）は斜め方向に進む場合、（ｄ）は旋回する場合を示したものである。
図６において、２１１は車体、２１２および２１３は上記で説明した動輪機構であり、動輪機構２１２、２１３は車体２１１の対角線上に設置されている。また、２１４および２１５は車体２１１のもう一方の対角線上に設置されたキャスタ型の旋回自在な従動輪である。図６（ａ）では動輪機構２１２、２１３の各々において、動輪機構に設けた車輪１０４を同じ速度で駆動することにより、車体２１１には車輪１０４の向きと同じ方向に推進力が発生し、車体２１１は前方（紙面上方）に進む。ここで動輪機構２１２、２１３の各々において車輪１０４を駆動しながら旋回軸１０２を９０度旋回させると、動輪機構２１２、２１３は図６（ｂ）に示すような方向に姿勢を変えることになり、車体２１１は姿勢を変えることなく横方向に進むことができる。同様に、図６（ｃ）のように、動輪機構２１２、２１３の車輪１０４を斜め方向に向けると、車体２１１は姿勢を変えることなく斜め方向に進むこともできるし、図６（ｄ）のように、動輪機構２１２、２１３の車輪１０４を点線で示した円周の接線方向に向けると、車体２１１は併進せずにその場で旋回する。このように、全方向移動車は上記のような動輪機構を車体２１１に少なくとも２個以上設けることにより、準備動作を必要とすることなく、水平面内の全方向に即座に移動できる。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６１−２８５２１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、全方向移動車が工場や医療福祉施設等の建物内を走行する場合には、廊下などを進行方向一定で走行する期間が長い。上記従来例においては、図６（ａ）から同図（ｂ）へ進行方向を変化する時または図６（ａ）から同図（ｃ）へ進行方向を変化する時には旋回軸１０２を動作させるものの、旋回軸１０２が進行方向を向いた後、進行方向一定で走行している間は、旋回軸１０２を動作させる必要がないため、旋回軸駆動モータ１０６を使用しておらず、モータ出力が有効に活用できていないという問題点があった。一方で、車輪駆動モータ１０５は走行中に常時使用しているが、加速や段差乗り越え、あるいは斜面登坂時には多くの出力を必要としなければならなかった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであリ、移動車が進行方向一定で走行している時には旋回軸駆動モータのパワーを車輪の駆動に活用し、加速、段差乗り越えあるいは斜面登坂といった走行性能を向上させることができる全方向移動車を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、走行面に対して垂直に配置され、車体に旋回自在に取り付けられた旋回軸と、前記旋回軸の軸心から所定距離隔てた位置に水平に配置されると共に、前記旋回軸に設けられた支持部に回転自在に支持された車軸と、前記車軸の軸心に直交した仮想平面に沿って回転するように前記車軸に取り付けられた車輪と、前記車輪を回転させる車輪駆動手段と、前記旋回軸を旋回させる旋回軸駆動手段と、前記旋回軸駆動手段の出力を、前記車輪の回転と前記旋回軸の旋回とに切替自在な出力切替手段と、からなる動輪機構を少なくとも２組以上設けた全方向移動車において、
前記出力切替手段は、前記旋回軸駆動手段の出力軸に固定された第１歯車と、前記車輪駆動手段の出力軸に固定された第２歯車と、前記旋回軸に固定された第３歯車と、前記第１歯車に常に噛合するとともに、前記第２歯車および前記第３歯車との噛合を切替自在に構成された第４歯車を備えたことを特徴としている。
請求項２の発明は、請求項１に記載の全方向移動車において、前記出力切替手段は、前記第４歯車が前記第２歯車と噛合している時に、前記第３歯車を垂直軸周りに固定するための固定歯車（１１９）を備えたものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の全方向移動車において、前記第１歯車、第２歯車、第３歯車、および第４歯車からなる伝達機構に替えて、摩擦車を用いたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
［第１実施例］
図１は本発明の第１実施例における全方向移動車の動輪機構を示す図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものについては、同一符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図において、１０７は出力切替手段である。
【０００９】
本発明が従来技術と異なる点は、以下のとおりである。
すなわち、旋回軸駆動モータ１０６の出力を、車輪１０４の回転と旋回軸１０２の旋回とに切替自在な出力切替手段１０７を備えた点である。なお、車輪駆動モータ１０５、旋回軸駆動モータ１０６および出力切替手段１０７は車体１０１に固定されており、図１（ａ）では旋回軸駆動モータ１０６および出力切替手段１０７の図示を省略している。以下に、出力切替手段１０７の詳細な構成を説明する。
【００１０】
図２は本発明の第１実施例の出力切替手段の詳細構成を示す図であって、（ａ）は、第４歯車が第１歯車および第３歯車と噛合した状態、（ｂ）は第４歯車が第１歯車および第２歯車と噛合した状態を示す。
図において、１１３は旋回軸駆動モータ１０６の出力軸に固定された第１歯車、１１８は車輪駆動モータ１０５の出力軸に固定された第２歯車、１１４は旋回軸１０２上に固定された第３歯車、１１７は歯車１１３と歯車１１８、１１４との間隙に配置された第４歯車である。１１５は車体１０１に固定された送り機構であり、並進方向の推進力を発生する。例としてはソレノイドや、図示しないモータに接続されたボールネジ等が考えられる。１１６は送り機構１１５の可動部に固定された可動棒である。可動棒１１６は送り機構１１５によって垂直方向に摺動自在であり、図２（ａ）に示す位置あるいは図２（ｂ）に示す位置に移動できる。可動棒１１６の摺動部は例えば正方形の断面を有し、送り機構１１５に対して垂直軸周りには回転しないように構成されている。可動棒１１６の先端部は円形の断面を有し、所定の位置に歯車１１７が垂直軸周りに回転自在に、かつ垂直方向には動かないように取り付けられている。また可動棒１１６の最先端には、固定歯車１１９が垂直軸周りに回転しないように固定されている。なお、出力切換手段において、送り機構１１５によって可動棒１１６を上下させながら各歯車を噛み合わせる際に、歯欠け等が生じないようにモータ速度を変化させるなどして、正しい噛合になるまで調節するようにしている。
【００１１】
次に動作について説明する。
今、全方向移動車において、可動棒１１６が送り機構１１５によって図２（ａ）に示す位置に移動した場合、第４歯車１１７は第１歯車１１３および第３歯車１１４と噛合する。これにより、旋回軸駆動モータ１０６の出力は第１歯車１１３から第４歯車１１７を介して第３歯車１１４に伝えられるので、旋回軸１０２を旋回することができる。
次に、可動棒１１６が送り機構１１５によって図２（ｂ）に示す位置に移動した場合、第４歯車１１７は第１歯車１１３および第２歯車１１８と噛合する。これにより、旋回軸駆動モータ１０６の出力は第１歯車１１３から第４歯車１１７を介して第２歯車１１８に伝えられるので、車輪駆動モータ１０５の出力軸に伝わる。ここで、旋回軸駆動モータ１０６と車輪駆動モータ１０５を、車輪駆動モータ１０５の出力軸で同じ速度になるような指令で動作させれば、両モータをあわせた出力が車輪駆動モータ１０５の出力軸に発生し、これにより車輪１０４を駆動することができる。一方で、第３歯車１１４は固定歯車１１９と噛合するが、固定歯車１１９は可動棒１１６とともに送り機構１１５に対し垂直軸周りに回転しないように固定されているので、第３歯車１１４および旋回軸１０２は車体１０１に固定される。
【００１２】
本発明の第１実施例は、走行面に対して垂直に配置され、車体１０１に旋回自在に取り付けられた旋回軸１０２と、旋回軸１０２の軸心から所定距離隔てた位置に水平に配置されると共に、旋回軸１０２に設けられた支持部に回転自在に支持された車軸１０３と、車軸１０３の軸心に直交した仮想平面に沿って回転するように車軸１０３に取り付けられた車輪１０４と、車輪１０４を回転させる車輪駆動手段１０５と、旋回軸１０２を旋回させる旋回軸駆動手段１０６とからなる動輪機構を少なくとも２組以上設けた全方向移動車において、旋回軸駆動手段１０６の出力を、車輪１０４の回転と旋回軸１０２の旋回とに切替自在な出力切替手段１０７を備えたので、旋回軸駆動モータ１０６の出力を進行方向一定の時には車輪１０４の回転に切り替え、また進行方向を変更する時には旋回軸１０２の旋回に切り替えることで、進行方向一定で走行している時にも旋回軸駆動モータ１０６の出力を車輪１０４の駆動に活用し、加速、段差乗り越えあるいは斜面登坂といった走行性能を向上させることができる。
また、出力切替手段１０７は、旋回軸駆動手段１０６の出力軸に固定された第１歯車１１３と、車輪駆動手段１０５の出力軸に固定された第２歯車１１８と、旋回軸１０２に固定された第３歯車１１４と、第１歯車１１３に常に噛合するとともに、第２歯車１１８および第３歯車１１４との噛合を切替自在に構成された第４歯車１１７を備えたので、旋回軸１０２を車体１０１に固定することで、車輪１０４のトー角（垂直軸周りの角度）が固定され、進行方向一定の走行時に車輪１０４がぶれて走行誤差が生じるのを防ぐことができる。
【００１３】
［第２実施例］
次に、本発明の第２実施例について説明する。
図３は第２実施例による全方向移動車の動輪機構を示す図であり、図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は側面図である。なお、図３（ａ）では車輪駆動モータ１２４の図示を省略している。
図において、１２０はプーリ、１２１はベルト、１２２はプーリ、１２３は車輪、１２４は車輪駆動モータ、１２５はシャフト、１２６は歯車、１２７は歯車、１２８は傘歯車、１２９は傘歯車である。
第２実施例が第１実施例と異なる点は、車軸１０３に旋回軸１０２の軸心から所定距離隔てて二つの車輪１０４、１２３が回転自在に取り付けられており、また、車体１０１には車輪１０４を駆動する車輪駆動モータ１０５および車輪１２３を駆動する車輪駆動モータ１２４が固定されている点である。ここで、車輪駆動モータ１０５の出力を車輪１０４に伝達するために、傘歯車１０８、傘歯車１０９、プーリ１１０、ベルト１１１、プーリ１１２からなる第１動力伝達手段が設けられている。また、車輪駆動モータ１２４の出力を車輪１２３に伝達するために、歯車１２６、歯車１２７、シャフト１２５、傘歯車１２８、傘歯車１２９、プーリ１２０、ベルト１２１、プーリ１２２からなる第２動力伝達手段が設けられている。
【００１４】
次に、上記伝達手段の詳細な構成について説明する。
旋回軸１０２には同一の軸心周りに旋回可能なシャフト１２５が設けられている。車輪駆動モータ１０５の出力軸は旋回軸１０２およびシャフト１２５を貫通して傘歯車１０８に連結されている。傘歯車１０８に噛み合う傘歯車１０９にはプーリ１１０が固定され、ベルト１１１を介してプーリ１１２、およびそれに固定された車輪１０４を駆動する。また、車輪駆動モータ１２４の出力軸には歯車１２６が固定され、歯車１２６がシャフト１２５上の歯車１２７と噛合することでシャフト１２５を旋回させる。さらに、シャフト１２５の他端には傘歯車１２８が連結されており、傘歯車１２８に噛み合う傘歯車１２９にはプーリ１２０が固定されている。プーリ１２０はベルト１２１を介してプーリ１２２、およびそれに固定された車輪１２３を駆動する。
【００１５】
図４は第２実施例による全方向移動車の全方向移動の一例を上面から見た図であって、（ａ）は車体が前方方向に進む場合、（ｂ）は横方向に進む場合、（ｃ）は斜め方向に進む場合、（ｄ）は旋回する場合を示したものである。
図において、２０１は車体、２０２および２０３は上記で説明した動輪機構であり、動輪機構２０２、２０３は車体２０１の対角線上に設置されている。２０４および２０５は車体２０１のもう一方の対角線上に設置されたキャスタ型の旋回自在な従動輪である。
【００１６】
次に動作を説明する。
図４（ａ）では動輪機構２０２、２０３の各々において車輪１０４、１２３を同じ速度で駆動することにより、車体２０１には車輪の向きと同じ方向に推進力が発生し、車体２０１は前方（紙面上方）に進む。ここで車輪１０４、１２３の回転数に差をつけると、旋回軸１０２には垂直軸周りの旋回が発生し、これに伴い動輪機構２０２、２０３は図４（ｂ）のような方向になる。続いて各々の車輪１０４、１２３を同じ速度で駆動することにより、車体２０１は姿勢を変えることなく横方向に進むことができる。
同様に、図４（ｃ）に示すように動輪機構２０２、２０３を各々の車輪１０４、１２３が斜め方向になるように向けることで斜め方向に進むこともできるし、図４（ｄ）に示すように動輪機構２０２、２０３を各々の車輪１０４、１２３が円周の接線上になるように向けることで、その場で旋回することもできる。すなわち、上記のような動輪機構を車体に少なくとも２個以上設けることにより、準備動作を必要とせず水平面内の全方向に即座に位置姿勢を変化させることが可能となる。
【００１７】
本発明の第２実施例は、走行面に対して垂直に配置され、車体１０１に旋回自在に取り付けられる旋回軸１０２と、前記旋回軸１０２の軸心から所定距離隔てて水平に固定された車軸１０３と、前記車軸１０３の軸心に直交した仮想平面に沿って回転自在に設けられた２つの車輪１０４および１２３と、前記車輪１０４を回転させる車輪駆動手段を備えた全方向移動車において、前記車輪駆動手段は前記車体１０１に固定された２つの車輪駆動手段１０５および１２４で構成され、前記車輪駆動手段１０５の出力を前記車輪１０４に伝達する第１動力伝達手段と、前記車輪駆動手段１２４の出力を前記車輪１０５に伝達する第２動力伝達手段とからなる動輪機構を少なくとも２組以上設けたので、車輪の回転および旋回軸の旋回のどちらにも、車輪駆動モータ１０５および車輪駆動モータ１２４を合わせた出力が用いられ、進行方向一定で走行している時も進行方向を変更している時も、搭載する全てのモータの出力を有効に活用し、加速や段差乗り越え、あるいは斜面登坂性能を向上させることができる。
さらに、車輪を回転させずに垂直軸周りに旋回させるような、いわゆる据え切り動作が発生しないので、車輪や路面を傷めることがない。
【００１８】
なお、第１実施例において、動輪機構の動力伝達に歯車を用いた例を示したが、歯車に替えて摩擦車あるいは油圧による動力伝達手段を用いても構わない。摩擦車は摩擦によって動力を伝達できるので、歯車のように歯の噛合を調節することなく、容易に出力を切り替えることができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、以下の効果がある。
本発明の第１実施例は走行面に対して垂直に配置され、車体に旋回自在に取り付けられた旋回軸と、旋回軸の軸心から所定距離隔てた位置に水平に配置されると共に、旋回軸に設けられた支持部に回転自在に支持された車軸と、車軸の軸心に直交した仮想平面に沿って回転するように車軸に取り付けられた車輪と、車輪を回転させる車輪駆動手段と、旋回軸を旋回させる旋回軸駆動手段とからなる動輪機構を少なくとも２組以上設けた全方向移動車において、旋回軸駆動手段の出力を、車輪の回転と旋回軸の旋回とに切替自在な出力切替手段を備えたため、旋回軸駆動モータの出力を進行方向一定の時には車輪の回転に切り替え、また進行方向を変更する時には旋回軸の旋回に切り替えることで、進行方向一定で走行している時にも旋回軸駆動モータの出力を車輪の駆動に活用し、加速、段差乗り越えあるいは斜面登坂といった走行性能を向上させることができる。
また、出力切替手段は、旋回軸駆動手段の出力軸に固定された第１歯車と、車輪駆動手段の出力軸に固定された第２歯車と、旋回軸に固定された第３歯車と、第１歯車に常に噛合するとともに、第２歯車および第３歯車との噛合を切替自在に構成された第４歯車を備えたため、旋回軸を車体に固定することで、車輪のトー角（垂直軸周りの角度）が固定され、進行方向一定の走行時に車輪がぶれて走行誤差が生じるのを防ぐことができる。
【００２０】
本発明の第２実施例は走行面に対して垂直に配置され、車体に旋回自在に取り付けられる旋回軸と、旋回軸の軸心から所定距離隔てて水平に固定された車軸と、車軸の軸心に直交した仮想平面に沿って回転自在に設けられた２つの車輪と、車輪を回転させる車輪駆動手段を備えた全方向移動車において、車輪駆動手段は車体に固定された２つの車輪駆動手段で構成され、一方の車輪駆動手段の出力を車輪に伝達する第１動力伝達手段と、他方の車輪駆動手段の出力を車輪に伝達する第２動力伝達手段とからなる動輪機構を少なくとも２組以上設けたため、車輪の回転および旋回軸の旋回のどちらにも、２つの車輪駆動モータを合わせた出力が用いられ、進行方向一定で走行している時も進行方向を変更している時も、搭載する全てのモータの出力を有効に活用し、加速や段差乗り越え、あるいは斜面登坂性能を向上させることができる。
さらに、車輪を回転させずに垂直軸周りに旋回させるような、いわゆる据え切り動作が発生しないので、車輪や路面を傷めることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例における全方向移動車の動輪機構を示す図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。
【図２】第１実施例の出力切替手段の詳細構成を示す側面図であって、（ａ）は、第４歯車が第１歯車および第３歯車と噛合した状態、（ｂ）は第４歯車が第１歯車および第２歯車と噛合した状態を示す。
【図３】第２実施例による全方向移動車の動輪構構を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】第２実施例による全方向移動車の全方向移動の一例を上面から見た図であって、（ａ）は車体が前方方向に進む場合、（ｂ）は横方向に進む場合、（ｃ）は斜め方向に進む場合、（ｄ）は旋回する場合を示したものである。
【図５】従来例における全方向移動車の動輪機構を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図６】従来例に基づく全方向移動車の全方向移動の一例を上面から見た図であって、（ａ）は車体が前方方向に進む場合、（ｂ）は横方向に進む場合、（ｃ）は斜め方向に進む場合、（ｄ）は旋回する場合を示したものである。
【符号の説明】
１０１ 車体
１０２ 旋回軸
１０３ 車軸
１０４ 車輪
１０５ 車輪駆動モータ（車輪駆動手段）
１０６ 旋回軸駆動モータ（旋回軸駆動手段）
１０７ 出力切替手段
１０８ 傘歯車
１０９ 傘歯車
１１０ プーリ
１１１ ベルト
１１２ プーリ
１１３ 第１歯車
１１４ 第３歯車
１１５ 送り機構
１１６ 可動棒
１１７ 第４歯車
１１８ 第２歯車
１１９ 固定歯車
１２０ プーリ
１２１ ベルト
１２２ プーリ
１２３ 車輪
１２４ 車輪駆動モータ
１２５ シャフト
１２６ 歯車
１２７ 歯車
１２８ 傘歯車
１２９ 傘歯車
２０１ 車体
２０２、２０３ 動輪機構
２０４、２０５ 従動輪

Claims (3)

1. 走行面に対して垂直に配置され、車体（１０１）に旋回自在に取り付けられた旋回軸（１０２）と、
   前記旋回軸（１０２）の軸心から所定距離隔てた位置に水平に配置されると共に、前記旋回軸（１０２）に設けられた支持部に回転自在に支持された車軸（１０３）と、
   前記車軸（１０３）の軸心に直交した仮想平面に沿って回転するように前記車軸（１０３）に取り付けられた車輪（１０４）と、
   前記車輪（１０４）を回転させる車輪駆動手段（１０５）と、
   前記旋回軸（１０２）を旋回させる旋回軸駆動手段（１０６）と、
   前記旋回軸駆動手段（１０６）の出力を、前記車輪（１０４）の回転と前記旋回軸（１０２）の旋回とに切替自在な出力切替手段（１０７）と、
   からなる動輪機構を少なくとも２組以上設けた全方向移動車において、
   前記出力切替手段（１０７）は、前記旋回軸駆動手段（１０６）の出力軸に固定された第１歯車（１１３）と、前記車輪駆動手段（１０５）の出力軸に固定された第２歯車（１１８）と、前記旋回軸（１０２）に固定された第３歯車（１１４）と、前記第１歯車（１１３）に常に噛合するとともに、前記第２歯車（１１８）および前記第３歯車（１１４）との噛合を切替自在に構成された第４歯車（１１７）を備えたことを特徴とする全方向移動車。
2. 前記出力切替手段（１０７）は、前記第４歯車（１１７）が前記第２歯車（１１８）と噛合している時に、前記第３歯車（１１４）を垂直軸周りに固定するための固定歯車（１１９）を備えたことを特徴とする請求項１に記載の全方向移動車。
3. 前記第１歯車（１１３）、第２歯車（１１８）、第３歯車（１１４）、および第４歯車（１１７）からなる伝達機構に替えて、摩擦車を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の全方向移動車。

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